LoRa 网关将雾计算带入室内

March 14, 2017 Majeed Ahmad

凭借更低的能耗、更远的数据传输范围和密集城市环境内的强劲信号功能,远程 (LoRa) 连接毫无意外地从市政物联网应用中异军突起。 LoRa 不仅具有技术优势,在价格上也要低于窄带物联网 (NB-IoT) 等蜂窝解决方案,这主要是因为它能够降低前期基础设施成本、运营费用和端节点传感器成本。

尽管 LoRa 主要用于远距离室外连接,但它也能在大型建筑物内使用。 例如,总部位于德国代根多夫的嵌入式系统设计工作室 congatec 正在开发一个 LoRa 试点项目,它包含了大型建筑物内的关键安全对象的地理定位。

LoRa 助力智能建筑物

据 congatec 产品管理总监 Martin Danzer 介绍:“其中一项 LoRa 应用就位于大型建筑物的地理定位基础设施内,这些建筑物具有厚重的墙体和干扰极强的电气设备。”

尽管 GPS 信号难以覆盖室内不易到达的区域,但是地理定位功能依然可在 LoRa 网域内完全发挥作用。 这样,LoRa 就能帮助跟踪应用,而无需使用 GPS 组件或额外的能耗。

Danzer 补充说道:“另一个关键优点就是,LoRa 能够实现远距离通信,进而将基础设施组件数量降至最低。” 基于 LoRa 的设计使物联网开发人员能够避免使用 GPS 硬件,同时为资产跟踪应用实施地理定位功能。

除了降低成本之外,无需 GPS 芯片和相关能耗还能延长为物联网设备供电的纽扣式电池的使用寿命。 进而大大提高了物联网基础设施的整体效率。

LoRa 网关设计

Congatec 与其模块化计算机 (COM) 合作伙伴 Expemb 携手,设计了一款基于 LoRa 的物联网网关。 Expemb 即将推出的 FlexGate 物联网设计基于 congatec 的 Qseven COM,目标针对路灯照明控制应用。

Expemb 计划将此项目扩展为控制其他城市资产,例如供水系统。 FlexGate 物联网设计采用英特尔凌动® E3800 和 E3900 处理平台,使其成为一款模块化程度更高的网关。

这一灵活性使 congatec 系统工程师能够将网关设计从现有英特尔凌动 E3800 平台迅速升级到新的 E3900 平台。 Danzer 介绍说:“凌动芯片的可扩展性使物联网开发人员只需在相同的载板和物联网应用上更改模块,便可轻松切换到最新的英特尔处理器平台。”

Danzer 更详细地介绍了 Expemb 针对基于 LoRa 的物联网网关的 FlexGate 设计,他说凌动 E3900 处理器(图 1)帮助开发人员配备了充足的功能来进行边缘计算,从而能够实施过滤和本地互联网访问解决方案。

图 1. 凌动 E3900 提供了更高的单位功率性能,使物联网开发人员能够转为使用更多边缘计算功能。 (资料来源:英特尔

此外,congatec 与英特尔的协作关系不仅仅限于使用 E3900 处理器。 例如,congatec 提供的快速原型入门套件,其中便预封装了英特尔物联网网关技术。 另一个例子就是,congatec 在其 LoRa 网关设计中使用了来自 Wind River(英特尔的一家子公司)的 Helix Cloud 解决方案。

趋向边缘的计算能力

如果说有一种最重要的趋势自 2017 年起主导着物联网网关设计,那就是数据处理任务从云内的中央服务器朝着物联网网络内的边缘和雾级别进行细化迁移(图 2)。

图 2.
在边缘执行的数据分析可以重新定义经济高效、低能耗的物联网网关设计。 (资料来源:英特尔

雾计算可以将资源重新分配到从传感器到云的服务器价值链之间最具逻辑性的地方。 这种重新分配为物联网网关设备提供了充足的 CPU 循环,例如帮助实时决定是否远程启用或禁用建筑物供水,而无需先将传感器数据推送到云。

雾计算等功能在 LoRa 网络环境中发挥着关键作用,因为 LoRa 的远程传输使其在网关本地处理更多传感器数据当中变得必不可少。 从分布距离更远的传感器中收集数据,然后从远端将其发送到云上,这必然会造成延迟和抖动问题。

与之相反,雾计算在物联网边缘提供了类似于云的服务。 这样可以尽量降低系统范围的延迟和抖动,并减少发送到云上的数据量。 除了其他好处之外,本地化的处理还能使视觉处理等紧张工作负荷变得更加切实可行。

但是,雾计算需要更强的 CPU 性能和确定性功能。 正因为如此,凌动 E3900 处理器采用时间协调计算 (TCC) 技术来提供决定性以用于实时分析,同时实现外围设备与传感器等其他网络组件的同步。 这样,LoRa 网关就能帮助实现本地响应操作,并将抖动降至最低。

为何能提高单位功率的 CPU 性能

关于物联网存在一种普遍看法,那就是它使用了便宜的硬件构建块,例如需要依靠云功能来执行数据分析的微控制器。 但是 congatec 和 Expemb 的 LoRa 网关展示了智能建筑物等物联网应用现在如何需要接近实时的分析、本地决策制定和更紧密的本地处理控制。

更高的单位功率 CPU 性能可采用雾计算等技术,并在物联网网关上本地执行更多任务。 切换到 LoRa 网关后,将节省云通信成本并解决延迟等关键物联网难题。